專利名稱：適用于光學纖維電纜組件的聚烯烴材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學纖維電纜和光學纖維電纜組件。更具體地說，本發(fā)明涉及加工熱塑性聚烯烴例如聚丙烯-聚乙烯共聚物以制備光學纖維電纜組件的方法。
多年來，光學纖維電纜已被用于通訊工業(yè)中，用來遠距離、高速傳輸信息。在光學纖維電纜中，信息以光信號的形式載帶通過直徑在100微米左右的玻璃纖維。這些纖維用電纜結(jié)構(gòu)進行保護，以免受環(huán)境及外部應力的影響。
在設(shè)計電纜結(jié)構(gòu)時，重要的是確保與電纜生產(chǎn)有關(guān)的加工或施工導致的應力不會影響光學纖維的性能。該工業(yè)的一般趨勢是提高生產(chǎn)速度滿足需求，并通過提高生產(chǎn)設(shè)備的線速度來增加利潤。對于一些擠出組件如光學纖維緩沖管、嵌條、芯或套，特別是沒有用最佳的材料時，更高的線速度可導致更大的剪切速率和更高的取向，同時成品中存在殘留應力。
根據(jù)電纜結(jié)構(gòu)，光學纖維電纜可分為三大類松套管(loose tube)、單管和開槽芯。在松套管光學纖維電纜中，光學纖維位于多根一般填有某種水封(water blocking)化合物如凝膠的光學纖維緩沖管中。這些松套管緩沖管纏繞在一中心構(gòu)件上。在松套管的設(shè)計中，為了給低于完全纖維支數(shù)電纜的纖維支數(shù)提供設(shè)計對稱性，除了緩沖管外，嵌條也可纏繞在中心構(gòu)件上。這些嵌條可以由實心或微孔聚合物制成。
在開槽芯光學纖維電纜中，光學纖維位于一般填有水封凝膠的通道或槽中。這些通道形成一沿電纜的長軸方向的螺旋形通路。
在單管電纜中，光學纖維位于一般填有某種水封化合物的中心管中。在所有的這些結(jié)構(gòu)中，緩沖管或芯成為保護含在里面的細光學纖維的主要結(jié)構(gòu)。典型的緩沖管或芯套有一附加保護層。而且增強紗或纖維以及為凝膠或熱熔體、水溶脹性粉末、紗線、或膠帶、和／或波紋鎧裝形式的水封物質(zhì)可置于套和里面的電纜層間。
對于每一種緩沖管設(shè)計，重要的是選擇材料的組合，即就基體材料的性能和加工性而言相容。此外，材料和加工條件的選擇必須使電纜的抗壓性好、拉伸強度高及殘留應力小。還重要的是選擇材料與加工條件的組合，使其尺寸隨時間和溫度的變化最小。希望材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)低，以確保纖維在電纜承受環(huán)境中遇到的極高溫和極低溫時，沒有置于應力中。還希望材料和加工條件將加工導致的取向降到最小，因為這樣將把電纜組件擠出后的松弛和收縮降到最小。緩沖管的擠出后收縮導致過量纖維長度(纖維長度與實際管長之比)增加，反過來使纖維的衰減增加。
纖維的光學緩沖管或芯主要用“工程樹脂”制備，如聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺例如尼龍-12、或上述材料的層狀結(jié)合。一般而言，這些材料之所以被選中，是因為它們較別的聚合物的模量高、CTE低。這些材料同基于聚烯烴的緩沖管如成核的聚乙烯-丙烯共聚物緩沖管相比有不利的方面，包括成本增加、緩沖管的柔性降低、水解穩(wěn)定性降低以及加工操作更困難。
一般而言，聚烯烴同上述“工程樹脂”相比，由于其模量和其它物理性能降低，因此一直沒有用于緩沖管應用。這些限制包括模量降低、與水封凝膠的相容性降低及高溫時的尺寸穩(wěn)定性較低。然而，已經(jīng)使用了由成核的聚乙烯和聚丙烯的共聚物制備的聚烯烴緩沖管。參見Yang，H．M．，Holder，J．D．和McNutt，C．W．的美國專利5，574，816，“用于光學纖維電纜的聚丙烯-聚乙烯共聚物緩沖管及其制造方法”。由于在聚合物樹脂配方中加入晶體成核劑導致模量、抗壓性、溶劑相容性和其它性能的提高，這些材料可用于光學纖維緩沖管。自1995年起，柔性的聚烯烴緩沖管從應用和安裝的角度來考慮，由于緩沖管更易得到、處理和成本較低，因此其吸引力不斷增加。參見Adams，M．，Holder，J．，McNutt，C．，Tatat，O．和Yang，H．在《國際電線電纜論文集》，第44屆IWCS會議，1995年，第16～21頁的文章“緩沖管-新一代材料”。還參見Holder，J．和Power，R．，光波，1995。這些材料的需求增加已導致產(chǎn)量增加的必要。
現(xiàn)有技術(shù)的“擠出級”材料的一般特點為熔體流動指數(shù)低。通過測量在一定的溫度和規(guī)定的負荷下，在規(guī)定的時間內(nèi)流過一規(guī)定大小的孔的材料量而測定聚合物的熔體流動指數(shù)(MFI)。熔體流動指數(shù)(MFI)是根據(jù)ASTM方法，如D1238-57T5測量的。該方法測定MFI的條件為溫度230℃、所加的總重量為2160克、模頭直徑0．0825英寸、模頭長0．315英寸。根據(jù)該ASTM法，聚丙烯的MFI與分子量的關(guān)系已經(jīng)確定并已在Frank H．P．的《聚丙烯》(Macdonald Technical andScientific，London，1968年)中進行報道，該關(guān)系已用于本研究所用樣品的近似分子量的測定。
一般而言，MFI低的材料從擠出模頭出來后，擠塑型材的熔體強度高且尺寸穩(wěn)定性好。另外觀測到的一般趨勢為分子量較高(MFI低)與擠出制件的機械性能改進相關(guān)。結(jié)果，擠出光學纖維電纜組件的聚合物制造商和供應商一般推薦MFI低的材料(材料的MFI＜4)。使用MFI低的材料的缺點為在與高線速度相關(guān)聯(lián)的高剪切速率下，由于熔體粘度大，這些材料導致加工困難。在可能與這些材料有關(guān)的加工困難中，有聚合物熔體的粘性生熱增加、加工導致的取向增加及結(jié)晶速率降低。
對每一種方法，都有一套確定最佳材料性能標準的工藝條件。在工業(yè)材料中，基于工藝條件和產(chǎn)品的最終用途所確定的要求而進行材料的選擇。聚丙烯廣泛應用于紡織工業(yè)的時間比用于光學纖維電纜工業(yè)的時間要長得多，而且在纖維紡絲領(lǐng)域，對分子量(MFI)和分子量分布對聚丙烯加工的影響進行了廣泛的研究。
Spruiell及其合作者已經(jīng)作了大量的工作來研究分子量、分子量分布和加工條件對聚丙烯長絲加工的影響。參見Misra，S．，Lu，F(xiàn)．M．，Spruiell，J．E．和Richeson，G．C．，《應用聚合物科學雜志》，1995，第56卷，第1761～79頁；Lu，F(xiàn)．M．和Spruiell，J．E．，《應用聚合物科學雜志》，1993，第49卷，第623～31頁；Lu，F(xiàn)．M．和Spruiell，J．E．，《應用聚合物科學雜志》，1987，第34卷，第1541～56頁；和Lu，F(xiàn)．M．和Spruiell，J．E．，《應用聚合物科學雜志》，1987，第34卷，第1521～39頁。在這些研究中，發(fā)現(xiàn)在纖維紡絲遇到的加工條件下，對于非成核的聚丙烯，觀測到隨著MFI降低和分子量增加，結(jié)晶度、模量和拉伸強度增加。該趨勢是由于在加工更高分子量(MFI更低的聚丙烯)時分子取向增加及在加工時隨后發(fā)生應變誘導結(jié)晶。線速度及拉伸比增加的實驗證明了該假設(shè)。在成核的和非成核的聚丙烯之間以及丙烯均聚物與乙烯-丙烯共聚物之間也進行了比較。參見Bodaghi，H．，Spruiell，J．E．和White，J．L．，Int．Polym．Process 1988，第3卷，第100～112頁。共聚物與本發(fā)明材料的非成核形式相似。在一般與最佳聚丙烯纖維性能相關(guān)的高剪切速率下，發(fā)現(xiàn)成核劑對纖維性能的影響不明顯。但是在較低的剪切速率下，加入成核劑后，盡管結(jié)晶度有了適度的提高，可纖維的韌性降低了。發(fā)現(xiàn)聚丙烯與聚乙烯的共聚效果是大大降低了結(jié)晶度和結(jié)晶速率。
本發(fā)明是設(shè)計用來克服在加工聚烯烴基光學纖維電纜組件所碰到的限制，這些限制是在使用MFI在現(xiàn)有技術(shù)所建議的范圍內(nèi)的材料時所帶來的。更具體地，本發(fā)明規(guī)定了MFI值的范圍，在該范圍內(nèi)，特別對于與光學纖維電纜和電纜組件的生產(chǎn)相關(guān)的方法，加工性及機械和化學性能都最佳化。本發(fā)明通過規(guī)定為加工線速度和剪切速率的函數(shù)的MFI值的最佳范圍，在優(yōu)化加工性及允許光學纖維電纜和電纜組件的生產(chǎn)速度增加的同時，使現(xiàn)有技術(shù)材料的內(nèi)在化學性能最大化。
本發(fā)明的方法可用于制備強度和抗壓性提高、收縮率下降、加工所致的取向降低、結(jié)晶性提高且耐溶劑性提高及加工性能改進的聚烯烴光學纖維電纜組件。根據(jù)本發(fā)明的方法，用以MFI選擇在一般高于聚合物制造商對“擠出級”材料所規(guī)定的MFI的最佳范圍內(nèi)為特點的聚烯烴制備纖維光纜組件。更具體地，最佳MFI指數(shù)范圍確定為約大于3且約小于24。規(guī)定MFI更大的材料更適合在高剪切速率和更高加工線速度下加工。
本發(fā)明的目的是提供一種強度和抗壓性提高、收縮率下降、加工所致的取向降低、結(jié)晶性提高、耐溶劑性提高及加工性能改進的聚烯烴纖維光纜組件。本發(fā)明在下述的詳細描述中及通過實施例并結(jié)合以下附圖將得到詳細的說明。
這些附圖并不是按比例劃的，它們包括

圖1，它為對于0．118″纖維光學緩沖管的剪切速率與緩沖管線速度的關(guān)系圖2，它為對于0. 118″緩沖管，將緩沖管在165℃放置10分鐘后收縮率與MFI和線速度的關(guān)系圖；圖3，它為對于以100m／min加工的0．118″聚乙烯-丙烯共聚物緩沖管的結(jié)晶度與MFI的關(guān)系圖；圖4，它為對于0．118″成核的聚乙烯-丙烯共聚物緩沖管的抗壓性與MFI和線速度的關(guān)系圖；圖5，它為水封凝膠的吸附量與MFI的關(guān)系圖；圖6，它為根據(jù)本發(fā)明制造的帶緩沖管的典型單管光學纖維電纜的剖面透視圖；圖7，它為一剖面透視圖，表示一含有多根根據(jù)本發(fā)明制得的緩沖管的光學纖維電纜和一保護外套，其中的光學纖維以反振蕩螺旋狀態(tài)纏繞在一中心構(gòu)件上。
圖8，它為一剖面透視圖，表示一含有有多個反螺旋槽的根據(jù)本發(fā)明制得的開槽芯的光學纖維電纜。
根據(jù)本發(fā)明，熔體流動高的聚烯烴材料用于制造光學纖維電纜組件，如緩沖管、芯、嵌條和夾套。聚烯烴材料可以是聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、或含有丙烯和乙烯的三元共聚物。該聚烯烴材料可含或可不含晶體成核劑。該聚烯烴材料還可含有有機或無機填料，如滑石粉、碳酸鈣或炭黑。該聚烯烴光學纖維電纜組件材料還可含有化學添加劑如穩(wěn)定劑、增塑劑或著色劑來改性或提高性能。
根據(jù)本發(fā)明，通過使用熔體流動指數(shù)(MFI)大于約3的熔體流動高的聚烯烴，用任何眾知的擠出方法可擠出加工性能、化學和機械性能得到提高的聚烯烴光學纖維電纜組件。更具體地說，在使用MFI高于約3的材料并以高于50m／min的線速度進行加工時，這些聚烯烴光學纖維電纜材料的加工性和機械性能更穩(wěn)定。另外，發(fā)現(xiàn)聚烯烴的MFI增加到約24的水平時，在150m／min以上的線速度下加工性能提高，但初始結(jié)晶度沒有額外增加。
本發(fā)明的一個實施方案是適于擠成光學纖維電纜組件的材料。該材料包含一成核的聚丙烯-乙烯共聚物，該共聚物的MFI在約3～24范圍內(nèi)，其化學結(jié)構(gòu)中乙烯單元的重量比約2～30％。該材料中還可含有約0．05～1．0wt％的成核劑如苯甲酸鈉，以提高結(jié)晶速率或結(jié)晶度或增加光學透明度。
本發(fā)明的另一實施方案是適于擠出形成光學纖維電纜組件的第二種材料。該材料包含聚乙烯均聚物，該均聚物的MFI在約3～24范圍內(nèi)。還可添加約0．05～1．0wt％的成核劑如苯甲酸鈉，以提高該材料的結(jié)晶速率或結(jié)晶度以及增加光學透明度。該組合物也可包含其它的化學添加劑如紫外或熱穩(wěn)定劑。其中還可分散0～40％填料。
本發(fā)明的再一實施方案是適于擠出形成光學纖維電纜組件的第三種材料。該第三種材料包含聚丙烯均聚物，該均聚物的MFI在約3～24范圍內(nèi)。還可添加約0．05～1．0wt％的成核劑如苯甲酸鈉，以提高該材料的結(jié)晶速率或結(jié)晶度以及增加光學透明度。該組合物也可包含其它的化學添加劑如紫外或熱穩(wěn)定劑。其中還可分散0～40％填料。
本發(fā)明的其它實施方案可包括具有以MFI在約3～24范圍內(nèi)為特征的流變性能的上面沒有明確說明的聚烯烴共聚物或三元共聚物或聚合物合金或共混物形式的上述材料的組合。
更特別地，在第一實施例中，T．A．Instrument，Inc．制造的TA910差示掃描量熱儀(DSC)被用于結(jié)晶實驗，并測定用于制備光學纖維緩沖管和嵌條的聚丙烯-乙烯共聚物的熔融熱。該DSC裝有自動冷卻儀。在230℃平衡4分鐘后，通過從熔體以10℃／min冷卻聚合物，測定冷卻時的結(jié)晶放熱峰溫度Tcmax。結(jié)晶峰的溫度越高，過冷卻度越小，表明結(jié)晶越快。結(jié)晶峰下的面積為結(jié)晶熱。結(jié)晶熱與材料所產(chǎn)生的結(jié)晶度成正比。
差示掃描量熱法(DSC)用于由Tcmax實驗確定結(jié)晶速率。數(shù)據(jù)匯總于表1中。
表1DSC結(jié)晶實驗匯總MFI 成核 Tcmax(℃)到峰值的結(jié)晶時間(MFI=0．5)是(0．3％)129．9℃ 601秒(MFI=2．5)是(0．3％)134．5℃ 573秒(MFI=5．9)是(0．3％)135．2℃ 569秒(MFI=24) 是(0．3％)135．5℃ 567秒(MFI=1. 8)是(約0．8％)121．9℃649秒(MFI=3．8)是(0．8％) 125．6℃626秒(MFI=1．8)否 105．6℃746秒(MFI=3．8)否 113．9℃697秒結(jié)晶實驗的結(jié)果表明成核劑的加入提高了結(jié)晶速率。MFI最低的非成核材料顯示最慢的結(jié)晶行為。當比較其它條件相同的MFI=3．8的成核和非成核材料時，觀測到結(jié)晶時間減少了71秒。對于其它條件相同的材料，發(fā)現(xiàn)成核劑的含量不變時，MFI增加，結(jié)晶速率增加；可是，保持乙烯含量和分子量在同一范圍，成核劑含量從0．08％改變到0．30％時，發(fā)現(xiàn)其影響為增加結(jié)晶速率。不管有沒有成核劑，MFI超出聚合物供應商一般規(guī)定的“擠出級”材料的范圍0～2時，MFI的增加導致結(jié)晶速率的增加。一般而言，結(jié)晶速率增加導致更快地得到尺寸穩(wěn)定性和更好的機械性能。而且，結(jié)晶速率增加能更好地控制光學纖維緩沖管中的纖維長度。對于光學纖維電纜組件應用的這些關(guān)系的進一步說明將在下述實施例中說明。
在第二實施例中，擠出管徑為0．118″、壁厚0．023″的光學纖維緩沖管，擠出機為Nokia-Maileffer 45mm單螺桿擠出機，其Nokia-Maileffer型4／6直角機頭用20／40／80目過濾網(wǎng)組件，螺桿在進料區(qū)有雙螺線，雙筒處在計量段，長徑比為25∶1，壓縮比為2-1。
圖1為生產(chǎn)的0．118″緩沖管的計算出的剪切速率與線速度的關(guān)系圖。這些計算是基于模頭內(nèi)徑為0．375″、尖梢外徑為0. 190″、管內(nèi)徑0．072″、拉伸比(DDR)=11．96及拉伸比平衡(DRB)=1．20。在Michaeli，W．的Extrusion Dies for Plastics and RubberDesign andEngineering Computations(Hanser，New York，1992年)中所說明的下述方程式可用于預測圓形縫模的剪切速率
其中
為平均剪切速率，R0為模頭內(nèi)徑，Ri為尖梢外徑，
為通過模頭的平均速率，它從模頭的壓力損失、材料的粘度和模頭的幾何構(gòu)型，或本申請中更簡單地由線速度和DDR計算得到
為了確定線速度和相應的剪切速率對所得緩沖管性能的影響，在如上所述的擠出線路上用MFI可變的成核聚丙烯-乙烯共聚物生產(chǎn)緩沖管，線速度從25m／min到150m／min。
已知在聚合物，特別是分子量更高、MFI低的聚合物的加工過程中，較高剪切速率導致分子取向。使用較低分子量材料的優(yōu)點是減少光學纖維電纜組件中的分子取向。留在光學纖維緩沖管中的分子取向程度可用在高溫下測量緩沖管的收縮率的回縮實驗確定。在高溫下，在加工過程中固定的分子取向松弛，結(jié)果緩沖管收縮。回縮實驗在切成25厘米長的緩沖管上進行。在測試前，將這些管中的任何纖維除去。實驗在平衡在165℃的爐中進行，在該溫度下回縮最大且管還沒有熱到融化的程度。這些管放在涂有聚四氟乙烯的鍋上，以防止回縮受摩擦影響而受阻。在記錄回縮后的尺寸前，使所有樣品冷卻到室溫。在165℃下加熱10分鐘后，記錄的回縮量為管的縱向尺寸變化。在該溫度下，所有可測量的收縮在測試的最先10分鐘內(nèi)發(fā)生。緩沖管收縮實驗的結(jié)果匯總于圖2。從圖2所給的數(shù)據(jù)可看出，使用MFI較高的材料，特別是在高線速度下，加工所致的取向減少。
圖3表明擠出約一星期后用密度確定的成核聚乙烯-丙烯共聚物緩沖管的結(jié)晶度與材料MFI值的變化。從圖3可以明顯看出，MFI更高的材料的特點為能更快地產(chǎn)生更高結(jié)晶度。這些結(jié)果與表明結(jié)晶更快的DSC結(jié)果相一致。對于MFI更高的材料，與結(jié)晶度成正比的用DSC測定的熔融熱也更高。當MFI保持不變時，含有成核劑的樣品也表現(xiàn)更高的結(jié)晶度。
緩沖管與電纜的耐壓碎性用Instron型4468機械測試儀確定，該儀器配備有在兩個4″平行板間壓碎管的壓縮支承架。進行耐壓碎性測試的管在測試前切成7″長。所用十字頭的速率為0．05英寸／min。圖4說明在不同的線速度和變化的MFI下所產(chǎn)生的緩沖管在屈服時的壓縮載荷。圖4的結(jié)果及圖2和3的結(jié)果表明，因用MFI高的耐沖擊聚丙烯共聚物而使結(jié)晶度提高及沿縱向的分子取向程度降低，結(jié)果緩沖管的耐壓縮性有明顯的提高。
對于光學纖維電纜應用的另一重要材料性能為耐溶劑性。結(jié)晶度更高一般伴隨著聚合物材料的耐溶劑性的提高。通過測定浸在85℃的電纜水封凝膠中的樣品的質(zhì)量吸收率或膨脹確定凝膠相容性。凝膠相容性測試結(jié)果與MFI的關(guān)系見圖5。結(jié)果明顯表明，通過選擇MFI更高的材料，凝膠相容性有顯著提高。凝膠相容性的提高是因為MFI更高的材料的結(jié)晶度提高。
將MFI高的材料用于電纜的高速生產(chǎn)工藝的優(yōu)點是沒有限制光學纖維緩沖管的應用范圍。將MFI高的聚烯烴材料用于生產(chǎn)其它電纜組件如夾套或嵌條時，也可得到與圖1～5所示相同的優(yōu)點。在同前述的擠出線路上制得嵌條。生產(chǎn)嵌條的線速度為600m／min，并加入偶氮二酰胺化學發(fā)泡劑發(fā)泡到初始材料片體積密度的89％。聚烯烴基礎(chǔ)材料為根據(jù)ASTM-1238-90b測定的MFI為0．78g／10min的高密度聚乙烯(HDPE)和根據(jù)ASTMD1238-90b測定的MFI=3．76的沖擊性能改性的聚丙烯乙烯共聚物(i-PP)。因為上述的ASTM方法要求的測量溫度不一樣，HDPE為190℃，聚丙烯為230℃，因此HDPE的MFI也在230℃測量。在230℃，HDPE樣品的MFI測定為1．39g／10min。在該兩種情況下，HDPE樣品的MFI測定為大大低于i-PP樣品。表2為這些嵌條的特性數(shù)據(jù)匯總。表2的數(shù)據(jù)表明，對MFI更高的材料加入0．13磅／km的發(fā)泡劑得到的相對密度為0．888，而對于MFI=0．78的HDPE材料加入0．26磅／km的發(fā)泡劑得到的相對密度為0．900。這些數(shù)據(jù)明顯表明，用MFI更低的材料可以更有效地使用化學發(fā)泡劑。
表2發(fā)泡聚烯烴嵌條的特性
表3總結(jié)了擠出嵌條的機械性能。用Instron型4468機械測試儀測定緩沖管在屈服點的拉伸負荷及伸長。所用標距為3．5″，十字頭的速度為1．4英寸／min。對于所有MFI較高的丙烯乙烯共聚物樣品，在樣品斷裂前，機械測試儀均達到其伸長極限。表2和3的數(shù)據(jù)表明，選擇熔體流動指數(shù)更低的聚烯烴用于光學纖維電纜嵌條時，導致更有效地使用基礎(chǔ)聚合物和發(fā)泡劑以及機械性能的改進。
表3發(fā)泡聚烯烴嵌條的機械性能
在選擇光學纖維電纜應用的材料時，電纜組件在長期內(nèi)及在極端環(huán)境條件下的可靠性為考慮的重要因素。在這點上，希望在電纜的使用期或在測試過程中，電纜組件的收縮最小。Bellcore規(guī)格GR-20概括光學纖維電纜和電纜組件的幾個測試要求。BellcoreGR-20所定的要求中有在85℃進行一星期的熱老化測試。表4為在85℃進行一星期的加速熱老化測試過程中對于嵌條在18″樣品上測得的擠出后收縮結(jié)果。從收縮數(shù)據(jù)明顯看出，用MFI更低的材料，加工所致的取向降低導致擠出后的收縮明顯降低。
表4在85℃進行老化測試過程中的擠出后收縮
在本公開中包含的實施例表明隨結(jié)晶速率的提高和擠出后的收縮降低，能更好地控制光學纖維緩沖管及電纜結(jié)構(gòu)中的過量纖維長度。更好地控制緩沖管及電纜結(jié)構(gòu)中的過量纖維長度為本公開所描述的MFI值范圍更高的材料提供的與現(xiàn)有技術(shù)的電纜材料相比的明顯優(yōu)點。
參照圖6，其中示意一單管光學纖維電纜，它在本發(fā)明中一般用數(shù)字10表示。該電纜結(jié)構(gòu)10具有一根大的凝膠填充的緩沖管或芯管12，其根據(jù)本發(fā)明從MFI高的聚烯烴材料制得。緩沖管中的凝膠為觸變性可水封凝膠，如礦物凝膠、石油凝膠。填有凝膠的緩沖管12含有多根光學纖維14。由芳族聚酰胺、聚乙烯、聚酯或玻璃纖維材料制備的徑向強度紗16反螺旋纏繞在緩沖管12上，且用填充化合物如基于石油的熱熔融填充化合物浸漬。緩沖管12的外表面積至少有50％被徑向強度紗16覆蓋。波紋鋼制鎧裝18可用在徑向強度紗16上，且波紋鋼制鎧裝18用可水封灌注化合物灌注，這些灌注化合物有例如Witco Corporation，New York，N．Y．或Amoco Chemical Company，Chicago生產(chǎn)的石油基熱熔融填充化合物、或石油基灌注化合物。同樣，水溶脹性紗或帶可用于水封。高強度的開傘拉繩20用在鎧裝18下面，幫助鞘的脫離。兩強力構(gòu)件22成180度角，位于波紋鎧裝18的外面。強力構(gòu)件22可用鋼或纖維增強塑料制備。外套24包封強力構(gòu)件22和波紋鎧裝18，組成完整結(jié)構(gòu)。外套24可用MFI高的聚烯烴材料制備。可水封灌注化合物19放在波紋鎧裝18和外套24之間。如果需要，水溶脹性紗或帶可用來替代灌注化合物。
本發(fā)明還可用于有單層或多層緩沖管的松套管光學纖維電纜。圖7為反螺旋纏繞的松套管光學纖維電纜102。示于圖2的電纜102一般包括用多根緩沖管106-112和嵌條114包圍的中心強力構(gòu)件104。各緩沖管106-112可裝有松散光學纖維116或光學纖維帶且可由單層材料或多層材料形成。電纜102還可包括鎧裝118和保護外套120以及其它東西。緩沖管106-112和嵌條116例如用根據(jù)本發(fā)明的高MFI聚烯烴材料制造。在用多層緩沖管的實施方案中，多層緩沖管的層中至少有一層由根據(jù)本發(fā)明的高MFI聚烯烴材料制造。
除了上述應用外，本發(fā)明還可用于開槽芯型光學纖維電纜。參考圖8，示意一典型開槽芯型光學纖維電纜202。電纜202包含一由開槽芯構(gòu)件206包圍的中心強力構(gòu)件204。開槽芯構(gòu)件206含有多根螺旋槽或縫208?？p208為以無應力狀態(tài)置于縫中的光學纖維210提供保護導板。開槽芯構(gòu)件206用根據(jù)本發(fā)明的高MFI聚烯烴材料制造。
本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應當理解的是，當MFI高的材料用于沒有在本發(fā)明中清楚提到的電纜設(shè)計或結(jié)構(gòu)時也可產(chǎn)生優(yōu)點。從前述公開和系列實施例可以看出，本發(fā)明提供了一種制備較現(xiàn)有技術(shù)有許多優(yōu)點的光學纖維電纜組件的方法。對于研究過的包含25～150M／min的線速度，發(fā)現(xiàn)MFI在約4～6范圍及以上的材料給出加工性及物理性能的最好結(jié)合，而對更高的線速度，MFI更高的材料可最佳。同通常應用于擠出工業(yè)的低熔體流動材料生產(chǎn)的電纜組件相比，選用MFI約3或更大的高熔體流動聚烯烴材料使得最終產(chǎn)品的加工性能和物理性能有優(yōu)越性。這些優(yōu)越性包含但不限于在擠出過程中的粘性生熱減少、擠出機的生產(chǎn)量增加、線速度增加、結(jié)晶更快、最終結(jié)晶度更高、耐溶劑性和凝膠相容性提高、耐壓碎性提高及擠出后收縮減少。必須理解，這里所述的實施方案僅僅是本發(fā)明原理的說明。本領(lǐng)域熟練人員可以進行各種改性，這些改性體現(xiàn)本發(fā)明的原理，且在本發(fā)明的精髓和范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書及其合理的解釋所限制。
權(quán)利要求
1．一種從大于約3的高熔體流動指數(shù)(MFI)的聚烯烴材料制備的光學纖維電纜組件。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中MFI在約4～10的范圍內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中聚烯烴材料為丙烯和乙烯的共聚物。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中聚烯烴材料為丙烯的均聚物。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的光學纖維電纜組件，其中聚丙烯均聚物的聚合物鏈微觀結(jié)構(gòu)主要是全同立構(gòu)的。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中聚烯烴材料為乙烯的均聚物。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的光學纖維電纜組件，其中均聚物選自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯和LLDPE。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中聚烯烴材料為包括丙烯和乙烯單體的三元聚合物。
9．根據(jù)權(quán)利要求3～8中任一項的光學纖維電纜組件，其中聚烯烴材料含有約0．05％～1wt％成核劑。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的光學纖維電纜組件，其中分散在聚烯烴材料中的成核劑選自脂族一元酸的鹽、脂族二元酸的鹽和芳烷基酸的鹽。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的光學纖維電纜組件，其中成核劑還選自丁二酸鈉、戊二酸鈉和己酸鈉。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的光學纖維電纜組件，其中分散在聚烯烴材料中的成核劑選自芳族羧酸的堿金屬鹽、芳族羧酸的鋁鹽、脂環(huán)族羧酸的堿金屬鹽及脂環(huán)族羧酸的鋁鹽。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的光學纖維電纜組件，其中成核劑還選自苯甲酸鈉、硬脂酸鈉和苯甲酸鉀。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件用化學發(fā)泡劑發(fā)泡。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中材料用選自滑石粉、碳酸鈣、炭黑、云母、二氧化硅和高嶺土的填料增強。
16．根據(jù)權(quán)利要求3的光學纖維電纜組件，其中共聚物含有約2～14wt％的乙烯單體。
17．根據(jù)權(quán)利要求3的光學纖維電纜組件，其中共聚物含有低于約2wt％的乙烯單體。
18．根據(jù)權(quán)利要求3的光學纖維電纜組件，其中共聚物含有大于約14wt％的乙烯單體。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件為緩沖管。
20．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件為多層緩沖管且其中至少有一層由聚烯烴材料形成。
21．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件為嵌條。
22．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件為夾套。
23．根據(jù)權(quán)利要求1的光學纖維電纜組件，其中組件為開槽芯。
24．一種從MFI在約3～10范圍內(nèi)且其中分散有約0．05～1wt％成核劑的丙烯和乙烯共聚物制備的光學纖維電纜組件。
25．根據(jù)權(quán)利要求24的光學纖維電纜組件，其中組件為緩沖管。
26．根據(jù)權(quán)利要求24的光學纖維電纜組件，其中組件為嵌條。
全文摘要
用特點為高熔體流動指數(shù)的熱塑性聚烯烴制備光學纖維電纜組件如緩沖管、嵌條或夾套。使用熔體流動指數(shù)高的材料較傳統(tǒng)的特征為低熔體流動指數(shù)的“擠出級”材料相比,緩沖管的結(jié)晶度和結(jié)晶速率有明顯改善、緩沖管的耐壓碎性提高、擠出后收縮下降、凝膠相容性提高、過量纖維長度控制改善。當以大于50M/min.的高線速度(剪切速率)加工熱塑性材料如成核聚乙烯－丙烯共聚物時,使用熔體流動指數(shù)高的材料的優(yōu)越性非常明顯。
文檔編號C08K3/34GK1205347SQ9811554
公開日1999年1月20日 申請日期1998年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月10日
發(fā)明者B·G·里斯切, J·D·霍爾德 申請人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司